保温隔热涂料热工性能研究

张 波 田 琦

(1.太原理工大学,山西 太原 030024； 2.山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

保温隔热涂料热工性能研究

张 波1,2田 琦1

(1.太原理工大学,山西 太原 030024； 2.山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

通过理论模拟与实验室测试相结合的方法研究一种新型的反射隔热涂料的热工性能，通过理论模拟与测试，得出该种反射隔热涂料对于建筑节能也能起到一定的作用。

反射隔热涂料，理论模拟，实验室测试

0 引言

目前，我国建筑用保温材料以有机材料为主，这些有机材料主要是利用材料的厚度和低导热性能，采用阻隔的、被动的方式来达到保温隔热的目的。现在市面上出现了一种利用红外热控技术原理来达到保温隔热目的的保温隔热水性涂料。该种涂料在特定红外波段内具有较大发射率，能有效阻止热传递作用。

为了验证这种绝热涂料的保温隔热性能，笔者决定用实测与软件模拟相结合的方法进行双向研究。确定研究方案后，在室外建造外形完全一致的两栋单层建筑作为相互对比的模型，两栋建筑的基层围护结构施工方法、构造、朝向、建筑体形系数及窗墙比等参数完全一致，唯一区别在于保温层的做法不同。对比建筑外墙用60 mm厚模塑聚苯板保温，测试建筑外墙刷0.3 mm厚的绝热涂料。两栋建筑主体工程均于2015年9月27日完工，保温工程于2015年11月20日全部完工。

1 测试建筑概况

建筑模型位于太原市耿家庄村，外形为立方体，坐北朝南，并排而立。砖混结构，单层，高3.2 m，长5 m，宽3.5 m。建筑主体工程于2015年9月27日完工，保温工程于2015年11月20日全部完工，基准建筑外墙用60 mm厚模塑聚苯板保温，比对建筑外墙刷0.3 mm厚的绝热涂料。

建筑本体及模型如图1，图2所示。

基准建筑外墙外保温用的是60 mm厚的模塑聚苯板，屋面没有保温，外窗为双层塑钢窗，外门为普通铁门；比对建筑外墙保温用的是0.3 mm的绝热涂料，屋面没有保温，外窗为双层塑钢窗，外门为普通铁门。基准建筑与比对建筑的围护结构做法如表1所示。

2 测试方法

根据前期的研究探讨，主要通过软件模拟及现场实测相结合的方法来得到绝热涂料的等效热阻。具体方法有以下几种。

表1 建筑模型围护结构做法

2.1热流计法

根据JGJ/T 132—2009居住建筑节能检测标准，通过热流计法对外墙传热系数进行测试，最终计算出绝热涂料的等效热阻。

经过一系列的准备工作，笔者在2016年1月～2月进行该项测试，测试期间太原市室外平均温度为-2.4 ℃(最高温4.1 ℃，最低温-8.1 ℃)，室内空气温度维持在(19±0.5)℃之间，采集器记录时间间隔为30 min，对于采集的数据采用算数平均法进行分析，具体分析过程按下式进行：

式中：tn——测试期间围护结构内表面平均温度；

tw——测试期间围护结构外表面平均温度；

q——测试期间围护结构平均热流值；

Rn——除保温层外的热阻；

Ri——保温层热阻。

2.2能耗实测+软件模拟

监测测试期间两栋建筑的能耗、利用软件对建筑能耗进行模拟，对测试值与模拟值进行对比，从而计算出涂料的等效热阻。

1)给两栋建筑设置相同的热源，使得建筑内部保持相同的室内温度；

2)在维持室内相同温度的情况下，分别测试两栋建筑的能耗及外墙热流值；

3)对比两栋建筑的能耗值，得出能耗差别；

4)用软件模拟建筑能耗情况，通过对比得出保温涂料等效热阻。

Q=∑KiFi+G1-G2。

式中：Q——保温材料建筑围护结构总能耗；

Ki——保温材料建筑外墙传热系数；

Fi——保温材料建筑外墙面积；

G1——保温材料建筑除外墙外各围护结构能耗；

G2——保温材料建筑太阳得热量；

Q′——涂料建筑围护结构总能耗；

Ki′——涂料建筑外墙传热系数；

Fi′——涂料建筑外墙面积；

G1′——涂料建筑除外墙外各围护结构能耗；

G2′——涂料建筑太阳得热量。

近似认为：G1=G1′;G2=G2′；Fi=Fi′。

从而得出绝热涂料等效热阻。

3 性能测试

3.1测点布置

1)测试参数：室内外温度、围护结构各部位热流值、围护结构各部位内外表面温度、热源耗电量、太阳辐照量。

2)测试设备：铂电阻温度传感器、三相四线电力分析仪、R70B采集记录仪、太阳能辐照表。

3)测试周期：

测试时间为68.5 h。

测点布置如图3所示。

测点说明如下：测点1：室外空气温度；测点2：涂料建筑室内空气温度；测点3：保温建筑室内空气温度；测点4：涂料建筑屋面热流值及内外表面温度；测点5：保温建筑屋面热流值及内外表面温度；测点6：涂料建筑南外墙热流值及内外表面温度；测点7：保温建筑南外墙热流值及内外表面温度；测点8：涂料建筑北外墙热流值及内外表面温度；测点9：保温建筑北外墙热流值及内外表面温度；测点10：涂料建筑东外墙热流值及内外表面温度；测点11：保温建筑东外墙热流值及内外表面温度；测点12：涂料建筑热源耗电量；测点13：保温建筑热源耗电量；测点14：涂料建筑太阳辐照量；测点15：保温建筑太阳辐照量。

3.2性能测试

表2 热流值法测试结果

1)测试时间：2016年1月31日～2016年2月3日。

2)测试地点：太原市杏花岭区耿家庄。

3)测试周期：测试时长68.5 h，30 min读取一组数据。

4 结果整理

1)热流计法计算结果见表2。

2)实测+模拟计算结果见表3。

表3 软件模拟+实测结果

根据采集数据及软件模拟结果，可得到如下关系：

其中，Q1为涂料建筑热负荷值，kW；Q2为保温建筑热负荷值，kW；H1为涂料建筑测试期间电耗，kWh；H2为保温建筑测试期间电耗，kWh。

根据参数间的关系，可得到如下关系式：

R1′=R1+x;R2′=R2+x;q1′+q2′=A。

整理以上参数，可以得到一个一元二次方程组：

解该一元二次方程组得到：x=0.52。

其中，x为涂料等效热阻，(m2·K)/W；q1为无任何保温措施时屋顶负荷，kW；k1为无任何保温措施时屋顶传热系数，W/(m2·K)；F1为屋顶面积，m2；F2为外墙面积，m2；R1为无任何保温措施时屋顶传热热阻，(m2·K)/W；q2为无任何保温措施时外墙负荷，kW；k2为无任何保温措施时外墙传热系数，W /(m2·K)；R2为无任何保温措施时外墙传热热阻，(m2·K)/W；q1′为涂料建筑屋顶负荷，kW；q2′为涂料建筑外墙负荷，kW；k1′为涂料建筑屋顶传热系数，W /(m2·K)；R1′为涂料建筑屋顶传热热阻，(m2·K)/W；R2′为涂料建筑外墙传热热阻，(m2·K)/W；A为涂料建筑屋顶与外墙负荷值，kW。

根据计算结果，实测+模拟计算方法得出的涂料等效热阻为0.52。

5 结语

本文通过理论模拟与实验室测试的方法对保温隔热涂料进行热工性能研究，通过研究结果可以知道涂料等效热阻为0.52，对于建筑节能是有一定的贡献作用的。

Researchonthethermalperformanceofthermalinsulationcoatings

ZhangBo1,2TianQi1

(1.TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China;2.ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

Through the way combining with the theoretical simulation and laboratory testing researched a new type of thermal performance of reflective thermal insulation coatings, through the theory simulation and testing, gained the kind of reflective thermal insulation coatings could also play a role for building energy saving.

reflective insulation coating, theoretical simulation, laboratory testing

TU201.5

A

1009-6825(2017)27-0154-02

2017-07-13

张 波(1977- )，男，在读工程硕士，高级工程师； 田 琦(1966- )，男，博士生导师，教授